Refrigerated water dispersion at the São Sebastião Channel

Soares, Jacyra; Castro, Belmiro M.; Adams, E. Eric

doi:10.1590/S1413-77391999000100005

Abstracts

This study examines numericaIly the fate of cooled ocean water discharged into the coastal oceano The ocean water wiIl eventuaIly be used to warm up petroleum liquid gas during transference ftom ship tanks to land tanks, being cooled during the processo The reftigerated water wiIl then be released verticaIly through a single port located at 2 meters below the surface in 15 m of water. The proposed operations wiIl take place at the São Sebastião Channellocated between the continent and the São Sebastião Island, at about 23Âº48'S, 045Âº22'W. Estimated mean temperature differences between the eflluent and the recipient sea water wiIl be at most 3ÂºC. The problem is treated by analogy to an upside-down (buoyant) thermal discharge using established initial mixing models developed by the US Environmental Protection Agency. During summer, when ambient stratification is high, the eflluent plume is evanescent: it reaches the bottom with a temperature greater than the ambient, bounces back towards the surface and reaches equilibrium 10m below the surface. During winter, on the other hand, the plume is bottom confined: it reaches the bottom with a temperature slightly lower than the ambient, remaining at that level. Model results also show that for any ambient ocean conditions the mixing time scale is of order of minutes and the final plume concentration obtained by mixing is smaIler than 10%.

Dispersion; Reftigerated water; São Sebastião Channel; Thermal impact; Thermal plume; Negative buoyancy; Buoyant discharge

Este estudo examina numericamente a descarga de água reftigerada em águas oceânicas costeiras. A água do mar será utilizada para aquecimento do gás liqüefeito de petróleo durante sua transferência dos tanques do navio para o continente, sendo resftiada durante esse processo. A água reftigerada será liberada, através de um único duto localizado a 2 metros abaixo da superficie, em um local cuja profundidade é de 15 metros. Essa operação será realizada no Canal de São Sebastião, localizado entre o continente e a ilha de São Sebastião, em cerca de 23Âº48'S, 045Âº22'W. A diferença média da temperatura entre o efIuente e a água oceânica receptora será de no máximo 3ÂºC. O problema é tratado aqui de forma análoga ao problema de descarga termal (empuxo), utilizando modelos de mistura iniciais desenvolvidos pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA. Durante o verão, quando a estratificação é grande, a pluma é evanescente: ela alcança o fundo oceânico com temperatura maior do que a do ambiente, voltando em direção a superficie e alcançando o equilíbrio a 10 metros de profundidade. Durante o inverno, por outro lado, a pluma fica confinada ao fundo oceânico, alcançando o fundo com temperatura ligeiramente menor que o ambiente, permanecendo nesse nível. Resultados do modelo também mostram que para qualquer condição oceânica local a escala temporal de mistura é da ordem de minutos e a concentração final da pluma obtida pela mistura é menor do que 10%.

Dispersão; Água reftigerada; Canal de São Sebastião; Impacto térmico; Pluma térmica; Empuxo negativo

RESEARCH ARTICLES

Refrigerated water dispersion at the São Sebastião Channel

Jacyra Soares^I; Belmiro M. Castro^II; E. Eric Adams^III

^IInstituto Astronômico e Geofisico da Universidade de São Paulo (Rua do Matão 1226, 05508-900 São Paulo, SP, Brasil)

^IIInstituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo (Caixa Postal 66149, 05315-970 São Paulo, SP, Brasil)

^IIIMassachusetts Institute ofTechnology, Department ofCivil and Environmental Engineering (Room 48-325, Cambridge, MA 02139, USA)

ABSTRACT

This study examines numericaIly the fate of cooled ocean water discharged into the coastal oceano The ocean water wiIl eventuaIly be used to warm up petroleum liquid gas during transference ftom ship tanks to land tanks, being cooled during the processo The reftigerated water wiIl then be released verticaIly through a single port located at 2 meters below the surface in 15 m of water. The proposed operations wiIl take place at the São Sebastião Channellocated between the continent and the São Sebastião Island, at about 23º48'S, 045º22'W. Estimated mean temperature differences between the eflluent and the recipient sea water wiIl be at most 3ºC. The problem is treated by analogy to an upside-down (buoyant) thermal discharge using established initial mixing models developed by the US Environmental Protection Agency. During summer, when ambient stratification is high, the eflluent plume is evanescent: it reaches the bottom with a temperature greater than the ambient, bounces back towards the surface and reaches equilibrium 10m below the surface. During winter, on the other hand, the plume is bottom confined: it reaches the bottom with a temperature slightly lower than the ambient, remaining at that level. Model results also show that for any ambient ocean conditions the mixing time scale is of order of minutes and the final plume concentration obtained by mixing is smaIler than 10%.

Descriptors: Dispersion, Reftigerated water, São Sebastião Channel, Thermal impact, Thermal plume, Negative buoyancy, Buoyant discharge.

RESUMO

Este estudo examina numericamente a descarga de água reftigerada em águas oceânicas costeiras. A água do mar será utilizada para aquecimento do gás liqüefeito de petróleo durante sua transferência dos tanques do navio para o continente, sendo resftiada durante esse processo. A água reftigerada será liberada, através de um único duto localizado a 2 metros abaixo da superficie, em um local cuja profundidade é de 15 metros. Essa operação será realizada no Canal de São Sebastião, localizado entre o continente e a ilha de São Sebastião, em cerca de 23º48'S, 045º22'W. A diferença média da temperatura entre o efIuente e a água oceânica receptora será de no máximo 3ºC. O problema é tratado aqui de forma análoga ao problema de descarga termal (empuxo), utilizando modelos de mistura iniciais desenvolvidos pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA. Durante o verão, quando a estratificação é grande, a pluma é evanescente: ela alcança o fundo oceânico com temperatura maior do que a do ambiente, voltando em direção a superficie e alcançando o equilíbrio a 10 metros de profundidade. Durante o inverno, por outro lado, a pluma fica confinada ao fundo oceânico, alcançando o fundo com temperatura ligeiramente menor que o ambiente, permanecendo nesse nível. Resultados do modelo também mostram que para qualquer condição oceânica local a escala temporal de mistura é da ordem de minutos e a concentração final da pluma obtida pela mistura é menor do que 10%.

Descritores: Dispersão, Água reftigerada, Canal de São Sebastião, Impacto térmico, Pluma térmica, Empuxo negativo.

Full text available only in PDF format.

Texto completo disponível apenas em PDF.

Acknowledgments

This work was supported by PETROBRAS. The first and second authors were recipients of grants number 300040/94-6 and 303877/86-3, respectively, from CNPq.

(Manuscript received 06 February 1998, revised 24 August 1998; accepted 28 June 1999)

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Publication Dates

Publication in this collection
22 Apr 2013
Date of issue
1999

History

Accepted
28 June 1999
Received
06 Feb 1998
Reviewed
24 Aug 1998

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

[1] Adams, E. E. 1982. Dilution analysis for unidirectional diffusers. J Hydraul. Eng.-ASCE, 108(3):327-342.

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